CN114536030B - 双v型滚针导轨结构及机床 - Google Patents
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Abstract
本发明双V型滚针导轨结构及机床涉及一种导轨结构及一种超精密机床。其目的是为了提供一种使用寿命长、结构简单、性能好的双V型滚针导轨结构及机床。本发明双V型滚针导轨结构包括第一导轨、双V滚柱链板和第一电机，双V滚柱链板固定在第一导轨的V型槽内，双V滚柱链板上倾斜设置的滚柱能够进行滚动，第一溜板放置在双V滚柱链板上，第一电机的输出端与第一溜板固定连接。本发明的机床包括机床主体，机床主体包括主轴单元、X轴单元、Z轴单元和Y轴单元，所述X轴单元和Z轴单元均为双V型滚针导轨结构，X轴单元相对于Z轴单元，在水平面上旋转90°放置，主轴单元安装在Z轴单元上，Y轴单元安装在X轴单元上。
Description
技术领域
本发明涉及超精密机床技术领域，特别是涉及一种双V型滚针导轨结构及机床。
背景技术
超精密机床的研发在国内发展的较为缓慢，目前国内的超精密机床的导轨大多数都使用的是静压导轨，但普通的静压导轨自身结构比较复杂，而且需要增加一套供油系统，对油温控制要求较高。油温的变化对导轨的精度影响很大。静压导轨的额定负载较低，无法承受较高的扭矩，使用寿命较短。以上这些都限制了超精密机床性能的发挥，需要一种新结构的机床来改善现有的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长、结构简单、性能好的双V型滚针导轨结构及机床。
本发明提供的第一个技术方案，一种双V型滚针导轨结构，包括第一导轨、双V滚柱链板和第一电机，双V滚柱链板固定在第一导轨的V型槽内，双V滚柱链板上倾斜设置的滚柱能够进行滚动，第一溜板放置在双V滚柱链板上，第一电机的输出端与第一溜板固定连接。
本发明双V型滚针导轨结构，其中所述第一溜板的下方设置有电机保护件和保护导轨，电机保护件设置在第一电机一侧，电机保护件的上端与第一溜板固定连接，电机保护件的下端的弯折部伸入到保护导轨的下方，且与保护导轨存在间隙，保护导轨固定在第一导轨上。
本发明双V型滚针导轨结构，其中所述第一溜板的一侧设置有刹车片，刹车片上设置有气动刹车结构。
本发明双V型滚针导轨结构，其中所述第一导轨的侧面设置有第一回零开关，第一溜板的同一侧上设置有第一回零开关的感应件。
本发明双V型滚针导轨结构，其中所述第一导轨的两端均设置有可伸缩的防护皮腔。
本发明双V型滚针导轨结构，其中所述第一导轨两端的端面上还分别设置有注油器。
本发明提供的第一个技术方案，一种机床，包括机床主体，机床主体包括主轴单元、X轴单元、Z轴单元和Y轴单元，所述X轴单元和Z轴单元均为双V型滚针导轨结构，X轴单元相对于Z轴单元，在水平面上旋转90°放置，主轴单元安装在Z轴单元上，Y轴单元安装在X轴单元上。
本发明机床，还包括操作台、电气柜和数控系统。
本发明机床，其中所述机床主体还包括隔震系统，隔震系统包括平台，平台下方设置有支撑架，支撑架由多个气浮垫铁撑起，气浮垫铁的自由侧与支撑架固定，气浮垫铁固定侧安装在气浮垫铁支架上。
本发明机床，其中所述Y轴单元包括Y轴主体，Y轴主体上安装有Y轴电机，Y轴电机连接丝杆，丝杆带动Y轴溜板运动，Y轴溜板上设置有若干个刀架。
本发明双V型滚针导轨结构及机床与现有技术不同之处在于，本发明的机床采用了双V型滚针导轨结构，双V型滚针导轨的结构简单，有更长的使用寿命、维护更换成本低，额定负载比较高，还能承担一定扭矩，应用在机床上的效果要好于传统的静压导轨。
下面结合附图对本发明的双V型滚针导轨结构及机床作进一步说明。
附图说明
图1为本发明双V型滚针导轨结构及机床中机床的结构示意图；
图2为本发明双V型滚针导轨结构及机床中主轴单元的仰视图；
图3为图2中A-A向剖视图；
图4为本发明双V型滚针导轨结构及机床中双V型滚针导轨结构的俯视图；
图5为图4中B-B向剖视图；
图6为本发明双V型滚针导轨结构及机床中双V型滚针导轨结构的侧视图；
图7为本发明双V型滚针导轨结构及机床中Y轴单元的结构示意图；
图8为本发明双V型滚针导轨结构及机床中Y轴单元的后视图；
图9为本发明双V型滚针导轨结构及机床中隔震系统的结构示意图；
图中标记示意为：1-Z轴单元；2-操作台；3-电气柜；4-主轴单元；5-Y轴单元；6-X轴单元；7-隔震系统；8-主轴套；9-吸盘；10-主轴电机；11-圆光栅；12-电机压盖；13-电机套；14-主轴本体；15-前端盖；16-吸盘安装座；17-双V滚柱链板；18-防护皮腔；19-刹车片；20-第一溜板；21-注油器；22-第一回零开关；23-气动刹车结构；24-回零开关护罩；25-第一电机；26-保护导轨；27-光栅尺；28-光栅护罩；29-第一导轨；30-电机保护件；31-Y轴电机；32-减速机；33-Y轴溜板；34-刀架；35-Y轴主体；36-第二回零开关；37-联轴器；38-轴承包；39-丝杆；40-螺母座；41-支撑件；42-平台；43-支撑架；44-气浮垫铁；45-气浮垫铁支架。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明带有双V型滚针导轨结构的机床包括操作台2、电气柜3、数控系统及机床主体。
操作台2上设置有数控系统、显示屏、输入设备、储物格和抽屉，方便进行加工指令的输入工作。操作台2的下部设置有移动机构，如万向轮，方便操作台2自由移动，使工作人员能够在合适的位置进行操作。
电气柜3可以在小范围内进行移动，方便维修的时候移动出维修空间。电气柜3内部的结构分为两部分，一部分为控制机床工作的电气元件，电气元件通过电路与设置在机床上的各控制元件相连；另一部分为辅助机床工作的气动系统和主轴电机10的水冷系统。
气动系统包括空气过滤处理系统和空气稳压处理系统。空气过滤处理系统为机床提供较为纯净的气流。空气过滤处理系统包括冷干机和过滤器。气源依次经过冷干机和过滤器后进入机床。过滤器包括粗过滤和精过滤两级。冷干机可以处理掉空气中的水分，粗精过滤可以过滤掉空气中的大颗粒杂质，这样就保证了进入机床的空气就是洁净干燥的空气。
空气稳压处理系统包括稳压阀，空气在进入机床前先经过精密稳压阀处理，使得进入机床的空气压力是可控的，在精度允许的压力波动范围内，这样压力的起伏波动在通过精密稳压阀后不会影响机床的加工精度。
数控系统采用现有技术，能够控制电机使机床上的各轴按照设定位置进行移动，并对工件进行加工即可，不作为本发明所要保护的内容。
机床主体包括主轴单元4、X轴单元6、Z轴单元1、Y轴单元5、隔震系统7和润滑系统。主轴单元4和X、Y、Z三轴单元均位于减震系统上方，润滑系统为各单元运动时的轨道提供润滑。
主轴单元4为气体静压主轴，最高转速为6000rpm，旋转精度为0.05μm，轴旋转定位精度5″。如图2和图3所示，主轴单元4包括主轴本体14，主轴本体14的外部设置有主轴套8，主轴本体14的前端面安装有吸盘安装座16和吸盘9。吸盘9可以快速安装被加工件，不限装卡方式，可用范围更广。吸盘9安装在吸盘安装座16上，吸盘安装座16上设置有防尘机构，如在吸盘安装座16内部设置多层精密过滤纸，可以有效过滤掉通过吸盘9进入主轴空气中的杂质。主轴本体14的后部安装有主轴电机10，主轴本体14的后端面安装有圆光栅11。
主轴套8的前端面连接有前端盖15，后端面连接有电机套13。主轴电机10位于电机套13内部。主轴电机10的动子与主轴本体14固定连接。主轴电机10的后部安装有电机压盖12。
电机套13上有冷却水进口与出口，主轴电机10的外圆设置有螺旋槽，冷却水通过进水口进入主轴电机10外圆，通过螺旋槽后从出口流出形成循环水路，从而带走主轴电机10发出的热量，起到冷却效果。
主轴本体14的前部设置有轴肩，轴肩的前侧为前端盖15，后侧为主轴套8。在前端盖15和主轴套8上分别设置气道，通入气体支撑主轴本体14的轴肩，可以实现主轴本体14的轴向浮起。主轴套8的内部与主轴本体14之间设置有气道，通过主轴套8上设置的进气孔向主轴套8与主轴本体14之间通入气体，可以实现主轴本体14的径向浮起。气体最终通过设置在主轴套8上的主轴泄气孔排出，形成气流的回路。
本实施例中，以机床的左右方向，即长度方向，为X轴方向；机床的前后方向，即宽度方向，为Z轴方向；以机床的上下方向，即高度方向，为Y轴方向。
主轴单元4安装在Z轴单元1上，即主轴套8固定在Z轴单元1的第一溜板20上，随第一溜板20进行机床主体前后方向的运动。Z轴单元1采用双V型滚针导轨结构，如图4-图6所示，Z轴单元1还包括第一导轨29、双V滚柱链板17和第一电机25。第一导轨29安装在机床主体的隔震系统7上。双V滚柱链板17固定在第一导轨29的V型槽内，双V滚柱链板17上的两排倾斜设置的滚柱可以进行滚动。第一溜板20放置在双V滚柱链板17上。
第一电机25为直线电机，第一电机25的输出端与第一溜板20固定连接，工作时由操作台2上输出控制指令，电气柜3内电气元件控制第一电机25带动第一溜板20运动。直线电机采用立式安装，可以大大缩小安装空间，也方便了机械装配的便捷性。
第一溜板20的下方设置有电机保护件30和保护导轨26。电机保护件30设置在第一电机25一侧，电机保护件30的上端与第一溜板20固定连接，其下端的弯折部伸入到保护导轨26的下方，且与保护导轨26存在间隙。保护导轨26固定在第一导轨29上。本实施例中，电机保护件30为L型结构件。电机保护件30可以防止在使用过程中发生碰撞、飞车等恶劣状况下对第一电机25、光栅、第一导轨29等高精度元件产生破坏性的损伤。保护导轨26固定在第一导轨29上，这样在第一溜板20在意外飞车情况下可以起到保护作用，由于第一溜板20与第一导轨29没有上下方向的约束，在飞车时，第一溜板20可能会发生上翻，电机保护件30下端的弯折部勾住保护导轨26，防止翻车是造车其他元器件的损伤。
第一溜板20的一侧设置有刹车片19，刹车片19上设置有常闭式气动刹车结构23。常闭式气动刹车结构23由气路控制其工作状态，当其通气时打开，第一溜板20可以自由移动；断气时刹车锁紧刹车片19，由于刹车片19是安装固定在第一溜板20侧面的，所以断气时第一溜板20可以保持原位置停止。
第一导轨29的一侧设置有光栅尺27和读数头，光栅尺27外部设置有光栅护罩28。
第一导轨29的侧面设置有第一回零开关22，第一溜板20的同一侧上设置有第一回零开关22的感应件。第一回零开关22为光电非接触式感应开关。第一溜板20运行过程中感应到第一回零开关22时这一坐标点就设定为零位。第一回零开关22的外侧设置有回零开关护罩24。
第一导轨29的两端均设置有可伸缩的防护皮腔18，作为Z轴单元1内部结构的防护罩，防护皮腔18在安装时采用密封胶对安装面进行密封，保证Z轴单元1内部的洁净。
第一导轨29两端的端面上还分别设置有注油器21，以方便自动注油泵注油润滑第一导轨29及滚柱链板，以减小直线轴的运动摩擦系数、提高使用寿命、带走第一导轨29面上的微小杂质等等，以保证直线轴的运动灵敏度及精度。
X轴单元6的结构与Z轴单元1的结构相同，均为双V型滚针导轨结构。X轴单元6与Z轴单元1相比，在水平面上旋转90°放置，从而实现X轴溜板沿机床主体左右方向的运动。
本实施例中，X轴直线轴最大行程220mm，直线度0.1μm，位移精度为0.1μm，分辨率为1nm。Z轴直线轴最大行程150mm，直线度0.1μm，位移精度为0.1μm，分辨率为1nm。
Y轴单元5安装在X轴溜板上，如图7和图8所示，Y轴单元5包括Y轴主体35。Y轴主体35上安装有Y轴电机31，Y轴电机31通过减速机32和联轴器37连接丝杆39。丝杆39的两端分别设置有轴承包38和螺母座40，用于支撑丝杆39，丝杆39可以带动Y轴溜板33进行上下方向的运动。Y轴溜板33上设置有若干个刀架34，用于安装刀具。Y轴单元5内部设置有第二回零开关36。第二回零开关36和第二回零开关36的感应件分别设置在丝杆39和Y轴溜板33的同一侧。
Y轴单元5采用高精度导轨副和滚珠丝杠，保证直线度等几何精度和运动的灵敏度。最大行程可达20mm，直线度1μm，位移精度为1μm，分辨率为0.1μm。该移动轴使用绝对式伺服电机加减速机通过电机编码器就能精准给刀具定位。
隔震系统7位于机床主体下部，主要用于隔离外界的震动，提高机床稳定的基础精度。如图9所示，隔震系统7包括平台42，平台42作为支撑机床主体的结构。平台42采用花岗岩材质。平台42下方设置有支撑件41，支撑件41下方设置有支撑架43。支撑架43由多个气浮垫铁44撑起。气浮垫铁44的自由侧与支撑架43固定，气浮垫铁44固定侧安装在气浮垫铁支架45上，气浮垫铁支架45将多个气浮垫铁44安装在同一高度上。通过上述结构，花岗岩材质的平台42就可以通过六自由维度的气浮垫铁44来隔离掉来自外界六自由维度的震动，从而做实了机床稳定的基础精度。
本发明的带有双V型滚针导轨结构的机床在工作时，通过操作台2输入加工的指令，通过电气柜3内的电气元件对机床主体上的各个电机进行控制，将待加工的工件固定在主轴单元4的吸盘9上，再通过X、Y、Z三轴单元调整刀具和工件的位置，对工件进行加工。
本发明的机床采用了双V型滚针导轨结构，双V型滚针导轨的结构简单，有更长的使用寿命、维护更换成本低，额定负载比较高，还能承担一定扭矩，应用在机床上的效果要好于传统的静压导轨。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种双V型滚针导轨结构，其特征在于：包括第一导轨、双V滚柱链板和第一电机，双V滚柱链板固定在第一导轨的V型槽内，双V滚柱链板上倾斜设置的滚柱能够进行滚动，第一溜板放置在双V滚柱链板上，第一电机的输出端与第一溜板固定连接，所述第一溜板的下方设置有电机保护件和保护导轨，电机保护件设置在第一电机一侧，电机保护件的上端与第一溜板固定连接，电机保护件的下端的弯折部伸入到保护导轨的下方，且与保护导轨存在间隙，保护导轨固定在第一导轨上。
2.根据权利要求1所述的双V型滚针导轨结构，其特征在于：所述第一溜板的一侧设置有刹车片，刹车片上设置有气动刹车结构。
3.根据权利要求1所述的双V型滚针导轨结构，其特征在于：所述第一导轨的侧面设置有第一回零开关，第一溜板的同一侧上设置有第一回零开关的感应件。
4.根据权利要求1所述的双V型滚针导轨结构，其特征在于：所述第一导轨的两端均设置有可伸缩的防护皮腔。
5.根据权利要求1所述的双V型滚针导轨结构，其特征在于：所述第一导轨两端的端面上还分别设置有注油器。
6.一种机床，其特征在于：包括机床主体，机床主体包括主轴单元、X轴单元、Z轴单元和Y轴单元，所述X轴单元和Z轴单元均为权利要求1-5中任意一项所述的双V型滚针导轨结构，X轴单元相对于Z轴单元，在水平面上旋转90°放置，主轴单元安装在Z轴单元上，Y轴单元安装在X轴单元上。
7.根据权利要求6所述的机床，其特征在于：还包括操作台、电气柜和数控系统。
8.根据权利要求6所述的机床，其特征在于：所述机床主体还包括隔震系统，隔震系统包括平台，平台下方设置有支撑架，支撑架由多个气浮垫铁撑起，气浮垫铁的自由侧与支撑架固定，气浮垫铁固定侧安装在气浮垫铁支架上。
9.根据权利要求6所述的机床，其特征在于：所述Y轴单元包括Y轴主体，Y轴主体上安装有Y轴电机，Y轴电机连接丝杆，丝杆带动Y轴溜板运动，Y轴溜板上设置有若干个刀架。
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